JP2017059782A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体層の劣化を軽減する発光装置を提供する。
【解決手段】ヒートシンク５０は、高熱伝導性を有する。基板１０は、前記ヒートシンク５０の一面に形成される。半導体発光素子２０は、基板のヒートシンクとは逆側に複数実装される。透明材料層３３は、基板１０上に複数の発光素子を覆うように設けられる。蛍光体層３１は、蛍光体粒子を含み、複数の発光素子２０と離間して透明材料層３３に積層される。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、発光装置に関する。

例えば、セラミック基板上に発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）などの半導体発光素子が実装され、半導体発光素子が樹脂で封止された発光装置がある。ＬＥＤは、例えば、セラミックで形成される絶縁層の上に配電層とともに搭載されＣＯＢ（Chip On Board）モジュールを形成する。

このような発光装置は投光器などに用いられることがあり、その場合指向性の強い配光特性が要求される。このような配光特性を実現するためには、発光装置の発光面積を小さく抑えることが好ましい。そのため、発光装置における発光素子の高密度化が進んでいる。ここで、高出力且つ高光束発散度を有するＬＥＤは、発光素子の発熱量が非常に多く、また発熱密度が高い。さらに、上述したような発光素子の高密度化のため、発光装置には、さらなる発熱量の増大や発熱密度の上昇が懸念される。

このような発熱量の増大や発熱密度の上昇に対応するために、発光装置の放熱性を向上させることが重要となる。例えば、放熱性を向上させる手段として、ヒートスプレッダを用いる従来技術が提案されている。ヒートスプレッダは、放熱筐体（ヒートシンク）へ放熱グリースを介してネジ止めなどで取り付けられる。ただし、ヒートスプレッダを用いた場合、発光装置の発光の際に、放熱グリースの接触熱抵抗が発生する。ＣＯＢモジュールの出力が１００Ｗ以上の場合、放熱グリースによる熱抵抗が大きくなり、放熱グリースの温度上昇が非常に高くなる。そのため、ヒートスプレッダを用いた発光装置では、高出力の場合、十分な光量を得ることができないおそれがある。また、この構成では、ヒートスプレッダや放熱グリースを用いるため、部品点数が増加してしまい製造工程が煩雑になるおそれがある。

そこで、ヒートシンク上に絶縁層を介して直接チップ及び蛍光体などの発光部を形成する方法や、蛍光体を有するＣＯＢモジュールをヒートシンクに直接金属接合する方法などが考えられる。これにより、熱抵抗を大幅に低減し、且つ部品点数を減らすことができる。そして、熱抵抗の低減により、発光素子に投入可能な電力を大幅に増加させることができる。

特表２０１４−５１６４５９号公報

しかしながら、大きな電力の発光素子への投入に伴い、発光素子からの光量が増加する。蛍光体は、例えば発光素子から出力された青色の光を白色に変換するが、その際のエネルギーロスにより発熱する。そのため、光量の増加に比例して、蛍光体の発熱量が増加し、蛍光体が劣化するおそれがある。

本発明が解決しようとする課題は、蛍光体の劣化を軽減する発光装置を提供することである。

本願の開示する発光装置は、実施形態に依れば、ヒートシンクは、高熱伝導性を有する。絶縁層は、前記ヒートシンクの一面に形成される。発光素子は、前記絶縁層の前記ヒートシンクとは逆側に複数実装される。透明材料層は、前記絶縁層上に前記複数の発光素子を覆うように設けられる。蛍光体層は、蛍光体粒子を含み、前記複数の発光素子と離間して前記透明材料層に積層される。

本発明の実施形態によれば、蛍光体の劣化を軽減する発光装置が提供される。

図１は、実施形態１に係る発光装置の平面図である。 図２は、図１中のＡ１−Ａ２切断面の一部を示す断面図である。 図３は、実施形態２に係る発光装置の切断面の一部を表す断面図である。

以下で説明する実施形態に係る発光装置１は、ヒートシンク５０、基板１０、半導体発光素子２０及び蛍光体層３１を備える。ヒートシンク５０は、高熱伝導性を有する。基板１０は、ベース部５１の一面に形成される。半導体発光素子２０は、基板１０のベース部５１とは逆側に複数実装される。透明材料層３３は、基板１０上に複数の発光素子２０を覆うように設けられる。蛍光体層３１は、蛍光体粒子を含み、複数の発光素子２０と離間して透明材料層３３に積層される。

また、以下で説明する実施形態に係る発光装置１では、基板１０には複数の発光素子２０を囲むように反射層３２が形成されている。透明材料層３３は、基板１０と反射層３２とで形成された領域に形成される。蛍光体層３１は、透明材料層３３と前記反射層３２とで形成された領域に形成される。

また、以下で説明する実施形態に係る発光装置１では、透明材料層３３は、反射層３２に向かって基板１０からの厚みが増すように形成される。蛍光体層３１は、反射層３２に向かって透明材料層３３からの厚みが増すように形成されており、その厚みは透明材料層３３よりも大きい。

また、以下で説明する実施形態に係る発光装置１では、蛍光体層３１は、透明材料層３３の上面および側面を覆うように形成されているとともに、その少なくとも一部は基板１０と接触している。

また、以下で説明する実施形態に係る発光装置１は、基板１０は、セラミック材料の薄板であり、ベース部５１と金属接合されている。

［実施形態１］
次に、本発明の実施形態１に係る発光装置１を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係る発光装置の平面図である。図２は、図１中のＡ１−Ａ２切断面の一部を示す断面図である。

図１及び図２に表したように、本実施形態に係る発光装置１１０は、発光部４０、ヒートシンク５０及びヒートパイプ６０を含む。ヒートシンク５０の上に、発光部４０が設けられる。

すなわち、ヒートシンク５０の上に熱伝導層８０が設けられ、熱伝導層８０の上に、発光部４０が設けられる。この例では、ヒートシンク５０の上に１つの発光部４０が設けられる。ヒートシンク５０と発光部４０との間に、熱伝導層８０が設けられる。ただし、１つのヒートシンク５０の上に複数の発光部４０が設けられてもよい。

本明細書において、上に設けられる状態は、直接的に上に設けられる状態の他に、間に別の要素が挿入される状態も含む。

ヒートシンク５０から発光部４０に向かう方向を積層方向とする。本願明細書において、積層される状態は、直接接して重ねられる状態の他に、間に別の要素が挿入されて重ねられる状態も含む。

積層方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向の双方に対して垂直な方向をＹ方向とする。

発光部４０は、光を放出する。それと同時に、発光部４０は熱を発生する。熱伝導層８０は、発光部４０で発生した熱を、ヒートシンク５０に効率よく伝送する。熱伝導層８０には、例えば、はんだなどが用いられる。すなわち、熱伝導層８０は、はんだを含む。この場合、熱伝導層８０は、発光部４０とヒートシンク５０とを接合する。例えば、熱伝導層８０には、ＳｎＡｇ（錫、銀）合金などが用いられる。この他にも、熱伝導層８０には、銀系の接着剤などを用いてもよい。

発光部４０は、実装基板部１５及び発光素子部３５を含む。

実装基板部１５は、基板１０、第１金属層１１及び第２金属層１２を含む。

基板１０は、第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂを有する。第２主面１０ｂは、第１主面１０ａとは反対側の面である。ヒートシンク５０は、基板１０の第２主面１０ｂに対向している。換言すると、第２主面１０ｂは、基板１０のヒートシンク５０側の面である。

本願明細書において、対向している状態は、直接面している状態に加え、間に別の要素が挿入されている状態も含む。

第１主面１０ａは、実装領域１６を含む。例えば、実装領域１６は、第１主面１０ａの外縁１０ｒから離間している。この例では、実装領域１６は、第１主面１０ａの中央部分に設けられる。第１主面１０ａは、周辺領域１７をさらに含む。周辺領域１７は、実装領域１６の周りに設けられる。

基板１０は、絶縁性である。基板１０には、例えば、セラミック基板などが用いられる。例えば、基板１０は、アルミナを含む。基板１０には、アルミナを主成分とするセラミック基板などが用いられる。

第１金属層１１は、第１主面１０ａ上に設けられる。第１金属層１１は、複数の実装パターン１１ｐを含む。複数の実装パターン１１ｐは、実装領域１６に設けられる。複数の実装パターン１１ｐの少なくともいずれか２つ以上は、互いに離間する。例えば、複数の実装パターン１１ｐの少なくともいずれかは、島状である。複数の実装パターン１１ｐの２つは、互いに独立している。複数の実装パターン１１ｐは、例えば、第１実装パターン１１ｐａ及び第２実装パターン１１ｐｂなどを含む。

複数の実装パターン１１ｐのそれぞれは、例えば、第１実装部分１１ａ及び第２実装部分１１ｂを含む。この例では、実装パターン１１ｐは、第３実装部分１１ｃをさらに含む。第３実装部分１１ｃは、第１実装部分１１ａと第２実装部分１１ｂとの間に設けられ、第１実装部分１１ａと第２実装部分１１ｂとを繋ぐ。

第１金属層１１は、複数の実装パターン１１ｐを互いに接続する接続部４４をさらに含んでもよい。この例では、第１金属層１１は、第１コネクタ用電極４５ｅ及び第２コネクタ用電極４６ｅをさらに含む。第１コネクタ用電極４５ｅは、複数の実装パターン１１ｐの１つと電気的に接続される。第２コネクタ用電極４６ｅは、複数の実装パターン１１ｐの内の第１コネクタ用電極４５ｅと接続された実装パターン１１ｐとは別の１つと電気的接続される。後述するように、１つの実装パターン１１ｐの一部の上に半導体発光素子２０が配置される。この半導体発光素子２０により、第２コネクタ用電極４６ｅが、別の１つの実装パターン１１ｐの１つと電気的に接続される。

この例では、発光部４０は、第１主面１０ａ上に設けられた第１コネクタ４５及び第２コネクタ４６をさらに含む第１コネクタ４５は、第１コネクタ用電極４５ｅと電気的に接続される。第２コネクタ４６は、第２コネクタ用電極４６ｅと電気的に接続される。この例では、第１コネクタ用電極４５ｅの上に、第１コネクタ４５が設けられる。また、第２コネクタ用電極４６ｅの上に第２コネクタ４６が設けられる。第１コネクタ４５と第２コネクタ４６との間に、発光素子部３５が配置される。これらのコネクタを介して、発光部４０に電力が供給される。

第２金属層１２は、第２主面１０ｂ上に設けられる。第２金属層１２は、第１金属層１１と電気的に絶縁されている。第２金属層１２の少なくとも一部は、Ｘ−Ｙ平面（第１主面１０ａに対して並行な第１平面）に投影した時に、実装領域１６と重なる。

このように、基板１０の発光部４０側の面（第１主面１０ａ）に第１金属層１１が設けられ、基板１０のヒートシンク５０側の面（第２主面１０ｂ）に第２金属層１２が設けられる。

発光素子部３５は、基板１０の第１主面１０ａ上に設けられる。発光素子部３５は、複数の半導体発光素子２０及び蛍光体層３１を含む。

複数の半導体発光素子２０は、第１主面１０ａ上に設けられる。複数の半導体発光素子２０のそれぞれは、光を放出する。半導体発光素子２０は、例えば窒化物半導体を含む。半導体発光素子２０は、例えば、Ｉｎ_ｙＡｌ_ｚＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）を含む。ただし、実施形態において、半導体発光素子は任意である。

複数の半導体発光素子２０は、例えば、第１半導体発光素子２０ａ及び第２半導体発光素子２０ｂなどを含む。複数の半導体発光素子２０のそれぞれは、複数の実行パターン１１ｐのうちのいずれかの実装パターン１１ｐと、複数の実装パターン１１ｐのうちの上記のいずれかの隣の別の実装パターン１１ｐと電気的に接続される。

例えば、第１半導体発光素子２０ａは、複数の実装パターン１１ｐのうちの第１実装パターン１１ｐａと、第２実装パターン１１ｐｂと、電気的に接続されている。第２実装パーン１１ｐｂは、第１実装パターン１１ｐａの隣の別の実装パターン１１ｐに相当する。

例えば、複数の半導体発光素子２０のそれぞれは、第１導電形の第１半導体層２１と、第２導電形の第２半導体層２２と、発光層２３と、を含む。例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。第１導電形がｐ形であり、第２導電形がｎ形でも良い。

第１半導体層２１は、第１の部分（第１半導体部分２１ａ）と、第２の部分（第２半導体部分２１ｂ）と、を含む。第２半導体部分２１ｂは、積層方向（ベース部５１から発光部４０に向かうＺ軸方向）に対して交差する方向（例えば、Ｘ軸方向）において、第１半導体部分２１ａと並ぶ。

第２半導体層２２は、第２半導体部分２１ｂと実装基板部１５との間に設けられる。発光層２３は、第２半導体部分２１ｂと第２半導体層２２との間に設けられる。半導体発光素子２０は、例えばフリップチップ型のＬＥＤである。

例えば、第１半導体層２１の第１半導体部分２１ａが、実装パターン１１ｐの第１実装部分１１ａと対向している。第２半導体層２２が、実装パターン１１ｐの第２実装部分１１ｂと対向している。第１半導体層２１の第１半導体部分２１ａが、第１実装部分１１ａと電気的に接続される。第２半導体層２２が、第２実装部分１１ｂと電気的に接続される。この接続には、例えば、はんだや金バンプなどが用いられる。この接続は、例えば、金属溶融はんだ接合により行われる。または、この接続は、例えば、金バンプを用いた超音波熱圧着法により行われる。

すなわち、例えば、発光素子部３５は、第１接合金属部材２１ｅと、第２接合金属部材２２ｅと、をさらに含む。第１接合金属部材２１ｅは、第１半導体部分２１ａと、いずれかの実装パターン１１ｐ（例えば第１実装部分１１ａ）と、の間に設けられる。第２接合金属部材２２ｅは、第２半導体層２２と、別の実装パターン１１ｐ（例えば、第２実装パターン１１ｐｂ）と、の間に設けられる。第１接合金属部材２１ｅ及び第２接合金属部材２２ｅの少なくともいずれかは、はんだ、または、金バンプを含む。これにより、第１接合金属部材２１ｅ及び第２接合金属部材２２ｅのそれぞれの断面積（Ｘ−Ｙ平面で切断したときの断面積）を大きくできる。これにより、第１接合金属部材２１ｅ及び第２接合金属部材２２ｅを介して、熱を効率良く、実装基板部１５に伝えることができ、放熱性が高まる。

蛍光体層３１は、複数の半導体発光素子２０の少なくとも一部を、その半導体発光素子２０から離間した位置で覆う。例えば、本実施形態では、蛍光体層３１は、１００μｍの厚さを有する。そして、蛍光体層３１と蛍光体層３１によって覆われる半導体発光素子２０との間の距離は、２００μｍ以上であることが好ましい。例えば、本実施形態では、蛍光体層３１と蛍光体層３１によって覆われる半導体発光素子２０との間の距離は、３００μｍである。

このように、蛍光体層３１を半導体発光素子２０から離間させることで、蛍光体層３１は半導体発光素子２０から発せられた光が高密度に照射される箇所が無くなる。それにより、蛍光体層３１の発熱密度を低減することができ、蛍光体層３１の発熱を抑えることができる。

蛍光体層３１は、複数の半導体発光素子２０から放出される光（例えば第１光）の少なくとも一部を吸収し、第２光を放出する。第２光の波長（例えばピーク波長）は、第１光の波長（例えばピーク波長）とは、異なる。蛍光体層３１は、複数の波長変換粒子が分散された透明材料である光透過性樹脂を母材として、蛍光体粒子などの複数の波長変換粒子を混合させることで形成される。光透過性樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂やガラスなどの無機材料などを用いることができる。第１光は、例えば青色光を含む。第２光は、第１光よりも波長が長い光を含む。第２光は、例えば、黄色光及び赤色光の少なくともいずれかを含む。

透明材料層３３は、蛍光体層３１の母材である光透過性樹脂を材料とする。透明材料層３３は、蛍光体層３１と半導体発光素子２０との間に充填される。

また、本実施例では、透明材料層３３を形成する材料として、蛍光体層３１の母材を用いているが、透明材料であれば他の材料を用いてもよい。

この例では、発光素子部３５は、反射層３２をさらに含む。反射層３２は、Ｘ−Ｙ平面内で蛍光体層３１を囲む。反射層３２には、例えば、金属酸化物などの複数の粒子と、その粒子が分散された光透過性樹脂と、を含む。金属酸化物などの粒子は、光反射性を有する。この金属酸化物などの粒子として、例えば、ＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の少なくともいずれかを用いることができる。反射層３２を設けることで、半導体発光素子２０から放出された光が、積層方向に沿った方向（例えば上方向）に沿って効率良く出射できる。

また、この場合において、蛍光体層３１の熱引きのために、反射層３２に熱伝導性の良いフィラーを混ぜてもよい。

ここで、従来のように蛍光体層３１を半導体発光素子２０の周りに充填する構成にした場合、蛍光体層３１は、反射層３２付近で表面張力により盛り上がる形状になる。この点、本実施形態では、半導体発光素子２０の周りにまず、透明材料層３３を半導体発光素子２０上にコーティングし、その後、蛍光体層３１を透明材料層３３の上からコーティングします。この場合も、透明材料層３３は反射層３２付近で盛り上がる。そして、蛍光体層３１は、反射層付近３２で盛り上がった透明材料層３３が十分に乾いた後に形成される。そのため、蛍光体層３１の反射層３２付近は、透明材料層３３の盛り上がりよりもさらに盛り上がった形状に形成される。言い換えれば、透明材料層３３の端部の厚みが蛍光体層の端部の厚みよりも厚くなる。これにより、蛍光体層３１と反射層３２との接触面積が増し、反射層３２を介して蛍光体層３１の放熱がさらに良くなる。

発光部４０は、例えば、チップオンボード（ＣＯＢ）型のＬＥＤモジュールである。

本実施形態においては、発光素子部３５から放出される光の光束発散度は、１０ｌｍ／ｍｍ２（ルーメン/平方ミリメートル）以上、１００ｌｍ／ｍｍ２以下である。望ましくは、２０ｌｍ／ｍｍ２以上である。すなわち、本実施形態においては、発光素子部３５から放出される光の発光面積に対する比（光束発散度）が、非常に高い。本願明細書においては、発光面積は、実質的に実装領域１６の面積に対応する。

ヒートシンク５０は、銅、銅合金、アルミニウム合金などの金属で構成される。ヒートシンク５０は、ベース部５１、ヒートパイプ６０及び放熱フィン７０を有する。

ベース部５１は、厚手の平板状に形成される。ベース部５１は、例えば、銅やアルミニウムなどの金属により形成される。

ベース部５１の発光部４０側の主面上には、熱伝導層８０を介して基板１０が配置される。ベース部５１の発光部４０側の主面は、例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して実質的に平行である。ベース部５１の平面形状は、例えば、矩形である。ベース部５１は、例えば、第１〜第４辺５５ａ〜５５ｄを有する。第２辺５５ｂは、第１辺５５ａから離間する。第３辺５５ｃは、第１辺５５ａの一端と、第２辺５５ｂの一端と、を接続する。第４辺５５ｄは、第３辺５５ｃと離間し、第１辺５５ａの他端と、第２辺５５ｂの他端と、を接続する。ベース部５１の平面形状のコーナー部は、曲線状でも良い。ベース部５１の平面形状は、矩形でなくても良く、任意である。

ベース部５１の発光部４０と反対側の面には、放熱フィン７０を固定するための凹部５２が複数形成される。凹部５２は、直線状に形成される。なお、放熱フィン７０及び凹部５２の数は、ヒートシンク５０の放熱能力の設計に応じて適宜変更可能である。

放熱フィン７０は、一部が凹部５２内に挿入されて、凹部５２の内面に充てんされるはんだ７３により、凹部５２、すなわちベース部５１に固定される。固定材料に相当するはんだ７３は、錫を主成分とし、金、銀、銅、ビスマス、ニッケル、インジウム、亜鉛、アンチモン、ゲルマニウム又はシリコーンのいずれかを少なくとも１種類以上含む合金を用いることができる。例えば、Ｓｎ−Ｓｉ（錫−ビスマス）合金などを用いることができる。

放熱フィン７０には、ヒートパイプ６０を貫通させるための貫通孔７２がそれぞれ設けられている。放熱フィン７０それぞれは、その一端辺がベース部５１の各凹部５２に嵌入され、凹部５２に嵌入された部分が接合部７３によりベース部５１と接合される。

また、ベース部５１には、ヒートパイプ６０を収容するための収容部５３が、Ｘ−Ｙ平面と平行に、ベース部５１の厚み方向（Ｚ軸方向）の中心付近かつ発光部４０のＺ軸方向直下の領域を通過するように設けられる。収容部５３は、例えばヒートパイプ６０を、ベース部５１の一端面から他端面へ貫通させる貫通孔である。

ヒートパイプ６０は、銅などの熱伝導性が高い材料により形成される。ヒートパイプ６０は、パイプ内部に揮発性の液体が封入されており、パイプ内壁のウィックという毛細管構造により液体の蒸発及び凝縮のサイクルを発生させて熱交換を行う。図２に示すように、ヒートパイプ６０は、その一部がベース部５１の収容部５３に収容され、収容部５３に収容された部分が接合部６１によりベース部５１と接合される。接合部６１は、例えば融点が１３０〜１４０℃程度のＳｎ−Ｂｉ（すず−ビスマス）はんだなどの接合材料（以下、第４の接合材料と呼ぶ）である。

また、図２に示すように、ヒートパイプ６０は、その一部が収容部５３に収容された際にベース部５１から外方に延伸する延伸部分が放熱フィン７０側へ取り回され、放熱フィン７０の各貫通孔７２を通過する。そして、ヒートパイプ６０は、貫通孔７２を通過する部分が接合部７１により放熱フィン７０と接合される。接合部７１は、例えば融点が１３０〜１４０℃程度のＳｎ−Ｂｉ（すず−ビスマス）はんだなどの接合材料（第４の接合材料）である。

このようにヒートパイプ６０をベース部５１及び放熱フィン７０と接合することにより、発光部４０から発せられ熱伝導層８０を介してヒートシンク５０へ伝導した熱を、ヒートパイプ６０を介して放熱フィン７０のヒートシンク５０からより離れた部分へ移動させる。よって、発光部４０による発熱を効率的に放熱することができる。

なお、図２では、ヒートパイプ６０は、ベース部５１及び放熱フィン７０を貫通する円環状で示している。しかし、ヒートパイプ６０は、円環状に限らず、例えば発熱筐体５１の収容部５３の内部において両端点を有する半環状、あるいは、例えばいずれかの放熱フィン７０との接合部分又は接合部分近傍を両端点とする半環状であってもよい。また、図２では、１つのヒートパイプ６０を示すが、同様のヒートパイプ６０が複数あってもよい。また、ヒートパイプ６０のベース部５１から外方に延伸する延伸部分は、複数に枝分かれする形状であってもよい。

本実施形態に係る発光装置１１０は、例えば、投光器などに利用される。発光装置１１０は、例えば、図示しない投光器部材に取り付けられ、投光器部材を介して目的の位置に設置される。投光器部材は、投光器の一部であり、例えば、発光装置１１０を目的の位置に設置するための取り付け部材である。

本実施形態に係る発光装置１１０におけるヒートシンク５０の大きさは、ベース部５１をＸ−Ｙ平面（第１平面）に投影したときの縦横長が、例えば１５×１５ｃｍである。また、ヒートシンク５０のベース部５１のＺ軸方向の厚みは、例えば１ｃｍである。また、放熱フィン７０のＺ軸方向の長さは、例えば２０ｃｍである。また、実装領域１６は、例えば直径１７ｍｍの円形領域である。

すなわち、本実施形態においては、実装領域１６の面積に対して、ベース部５１の面積が非常に大きく設定されている。これにより、実装領域１６の上に設けられた発光素子部３５で生じる熱は、面積の大きいベース部５１により、面内方向（Ｘ−Ｙ面内方向）に拡がる。そして、ベース部５１において面内方向に拡がった熱が、例えば、放熱フィン７０に向けて、伝達され、効率良く放熱される。また、面内方向に拡がった熱は、ヒートパイプ６０内の作動液により熱が奪われることで、効率よく放熱される。

熱を奪ったヒートパイプ６０内の作動液は、気化して放熱フィン７０側に移動し、放熱フィン７０に熱を伝達することで冷却される。冷却された作動液は、液体に戻り、毛細管現象により再度ベース部５１側に移動し、ベース部５１内の熱を奪う。

実装領域１６、第１金属層１１及び第２金属層１２の例について説明する。第１主面１０ａは、実装領域１６と、周辺領域１７と、を有する。この例では、実装領域１６のパターンは、実質的に円形である。実装領域１６の中心は、基板１０の中心に略一致するように設けられている。周辺領域１７は、実装領域１６の周辺の領域である。

周辺領域１７の面積は、実装領域１６の面積よりも大きい。熱が発生する実装領域１６の面積よりも、周辺領域１７の面積を大きくすることで、発生した熱は、面内方向に沿って効率良く広がる。これにより放熱性が高まる。

第１金属層１１の一部である複数の実装パターン１１ｐは、実装領域１６内に設けられる。この例では、複数の実装パターン１１ｐは、円形の領域内に設けられている。換言すると、複数の実装パターン１１ｐが設けられている領域が、実装領域１６となる。実装領域１６は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときの複数の実装パターン１１ｐを内包する領域である。複数の実装パターン１１ｐどうしの間の領域は、実装領域１６に含まれる。複数の実装パターン１１ｐのうちの外側に配置される実装パターン１１ｐの外縁を最短距離で繋いだ線の内側が、実装領域１６となる。

光束発散度を高めるために、複数の実装パターン１１ｐは、例えば、略円形の領域内に配置される。この場合には、実用的には、複数の実装パターン１１ｐを内包する略円形の領域を実装領域１６として用いても良い。

実装領域１６は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときの、複数の実装パターン１１ｐが設けられる領域を含む。実装領域１６は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときの、接続部４４、第１コネクタ用電極４５ｅ及び第２コネクタ用電極４６ｅが設けられる領域を含まない。この領域は、周辺領域１７に含まれる。

既に説明したように、複数の実装パターン１１ｐの一部は、互いに独立している。互いに隣接する独立した２つの実装パターン１１ｐは、それらの上に配置される半導体発光素子２０により電気的に接続される。複数の半導体発光素子２０の一部は、例えば、直列に接続される。直列に接続された複数の半導体発光素子２０は、例えば、Ｘ軸方向に沿って並ぶ。

さらに、例えば、複数の実装パターン１１ｐの２つは、接続部４４により接続される。これにより、直列に接続された複数の半導体発光素子２０の群が、さらに接続される。Ｘ軸に沿って並び直列に接続された複数の半導体発光素子２０の群が、Ｙ軸方向に沿って並ぶ。直列に接続された複数の半導体発光素子２０の群は、互いに並列に接続される。

さらに、実装パターン１１ｐは、接続部４４上の配線パターンを介して、第１コネクタ用電極４５ｅまたは第２コネクタ用電極４６ｅと電気的に接続される。第１コネクタ用電極４５ｅの上に設けられた第１コネクタ４５と、第２コネクタ用電極４６ｅの上に設けられた第２コネクタ４６と、を介して、実装パターン１１ｐに電流が供給される。その電流が半導体発光素子２０に供給され、光が生じる。

第２金属層１２の面積は、実装領域１６の面積よりも大きい。例えば、Ｘ−Ｙ平面（積層方向に対して平行な第１平面）に投影した第２金属層１２の面積は、第２主面１０ｂの面積の９５％以上である。第２金属層１２の面積を大きくすることで、熱の放熱の効率が高まる。

熱伝導層８０は、実質的に第２金属層１２のパターンに沿っている。第２金属層１２の面積を大きくすることで、熱伝導層８０の面積を広げることができる。これにより、熱伝導層８０を介した熱伝導の効率が向上できる。

例えば、Ｘ−Ｙ平面（第１平面）に投影したときの第２金属層１２の外縁は、実装領域１６の外縁の外側に位置する。

Ｘ−Ｙ平面（第１平面）に投影したときの第２金属層１２の面積は、実装領域１６の面積より小さくても良い。この場合においても、Ｘ−Ｙ平面（第１平面）に投影したときの第２金属層１２の面積は、実装領域１６の面積の８０％よりも大きい。これよりも小さいと、放熱の効率が低くなる。

本実施形態においては、基板１０の下面に、第１金属層１１と絶縁された第２金属層１２が設けられている。第２金属層１２は、例えば、半導体発光素子２０に供給される電流の経路とはなっていない。第２金属層１２は、高い放熱性を得るために設けられている。

例えば、基板１０の上面と下面との両方に電極を設け、下面に設けられた電極を、上面に設けられた電極と、基板１０を貫通するスルーホールで電気的に接続する構成がある。例えば、上面に設けられた電極に半導体発光素子２０を接続し、半導体発光素子２０に供給する電流は、下面に設けられた電極を介して供給される。このような構成においては、下面に設けられた電極は、半導体発光素子２０に供給する電流の経路となっている。このため、下面に設けられた電極（の少なくとも１つ）は、その下側に設けられるヒートシンク５０と接触させることができない。このため、下面に設けられた電極を介しての放熱は不十分である。

このような構成は、光束発散度が低い発光装置（例えば、光束発散度が１０ｌｍ／ｍｍ^２未満の発光装置）には、用いることができると考えられる。しかしながら、このような構成を、光束発散度が高い発光装置（例えば、光束発散度が１０ｌｍ／ｍｍ^２以上の発光装置）に用いると、放熱が不十分になり、その結果、十分な放熱性が得られない。

このように、基板１０の下面に、第１金属層１１と絶縁された第２金属層１２が設けられる構成は、投光器のように、高い光束発散度の発光装置に特別に適用される構成である。これにより、光束発散度が高い場合にも、放熱性を高めることができる。なお、第２金属層１２を省略する構成としても良い。

本実施形態において、ヒートシンク５０の放熱能力は、例えば１光源当たり７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）（ワット／（メートル・ケルビン）以上である。ここで、１光源とは、１つの実装領域１６に実装された半導体発光素子２０の集合である。

図示しない投光器部材には、通常、アルミニウムが用いられ、投光器部材の熱伝導率は、ヒートシンク５０の熱伝導率よりも低い。ヒートシンク５０の放熱能力を投光器部材よりも高くすることで、投光器部材に至るまでに十分に熱を面内方向（Ｘ−Ｙ面内方向）に広げることができ、放熱性が向上する。

以上に説明したように、実施形態１に係る発光装置１１０によれば、蛍光体層３１は、半導体発光素子２０から離間した位置に配置される。これにより、半導体発光素子２０から照射された光は離間した距離を通過して蛍光体層３１に照射される。そのため、蛍光体層３１には、離間した距離の間に拡散された光が照射されることになり、蛍光体層３１は、高密度に光が照射される箇所を低減できる。これにより、蛍光体層３１における発熱密度を下げることができ、蛍光体層３１の発熱を抑制することができる。そして、蛍光体層３１の発熱を抑制することで、蛍光体層３１の劣化を軽減することができる。

さらに、本実施例に係る発光装置１１０は、蛍光体層３１と半導体発光素子２０との間に透明材料層３３が充填される。これにより、透明材料層３３を有さない場合に比べて、蛍光体層３１と半導体発光素子２０との間の屈折率が、蛍光体層３１の屈折率に近づく。そのため、半導体発光素子２０から発せられた光において、蛍光体層３１に反射して戻る光が少なくなる。したがって、発光装置１１０の明るさを明るくすることができる。

特に、透明材料層３３を蛍光体層３１の母材と同じ材質にした場合、蛍光体層３１と半導体発光素子２０との間の屈折率と蛍光体層３１の屈折率とが非常に近似するため、発光装置１１０の明るさをより明るくすることができる。

また、蛍光体層３１の温度を低く抑えることで、蛍光体層３１の光の変換効率の低下を軽減することができる。

［実施形態２］
次に、実施形態２に係る発光装置１１０について説明する。図３は、実施形態２に係る発光装置の切断面の一部を表す断面図である。図３は、実施例２に係る発光装置１１０を図１のＡ１−Ａ２断面と同じ位置で切断した場合の断面を表す。本実施形態に係る発光装置１１０において、実施形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る発光装置１１０は、実施例１と異なり反射層３２が設けられない。

本実施形態に係る蛍光体層３１は、半導体発光素子２０上にコーティングされた透明材料層３３の上面及び側面を覆う。

本実施形態では、蛍光体層３１が基板１０に直接接触する。これにより、蛍光体層３１の熱をより効率よく放熱することができる。

さらに、以上の各実施例では、蛍光体層３１は、半導体発光素子２０に積層される面が平面の場合を説明したが、半導体発光素子２０と蛍光体層３１との間が離間していれば、半導体発光素子２０の形状は特に限定されない。ただし、蛍光体層３１の形状は、半導体発光素子２０が発した光を効率的に外部に照射する形状が好ましい。

１０ 基板
１１ 第１金属層
１２ 第２金属層
１５ 実装基板部
１６ 実装領域
１７ 周辺領域
２０ 半導体発光素子
２１ 第１半導体層
２２ 第２半導体層
２３ 発光層
３１ 蛍光体層
３２ 反射層
３３ 透明材料層
３５ 発光素子部
４０ 発光部
４４ 接続部
４５ 第１コネクタ
４５ｅ 第１コネクタ用電極
４６ 第２コネクタ
４６ｅ 第２コネクタ用電極
５０ ヒートシンク
５１ ベース部
５２ 凹部
５３ 収容部
６０ ヒートパイプ
７０ 放熱フィン
７３ はんだ
８０ 熱伝導層

Claims (5)

1. 高熱伝導性のヒートシンクと；
   前記ヒートシンクの一面に形成された絶縁層と；
   前記絶縁層の前記ヒートシンクとは逆側に実装された複数の発光素子と；
   前記絶縁層上に前記複数の発光素子を覆うように設けられた透明材料層と；
   前記複数の発光素子と離間して前記透明材料層に積層された、蛍光体粒子を含む蛍光体層と
   を具備する発光装置。
2. 前記絶縁層には前記複数の発光素子を囲むように反射層が形成されており；
   前記透明材料層は、前記絶縁層と前記反射層とで形成された領域に形成され；
   前記蛍光体層は、前記透明材料層と前記反射層とで形成された領域に形成されている
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記透明材料層は、前記反射層に向かって前記絶縁層からの厚みが増すように形成され；
   前記蛍光体層は、前記反射層に向かって前記透明材料層からの厚みが増すように形成されており、その厚みは前記透明材料層よりも大きい
   請求項２に記載の発光装置。
4. 前記蛍光体層は、前記透明材料層の上面および側面を覆うように形成されているとともに、その少なくとも一部は前記絶縁層と接触している請求項１に記載の発光装置。
5. 前記絶縁層は、セラミック材料の薄板であり、前記ヒートシンクと金属接合されている請求項１〜４のいずれか一つに記載の発光装置。